控制将还原剂注入废气馈送流的方法和设备 技术领域本发明 一般地属于用于内燃机的排气后处理系统，和将还原剂注 入内燃机的排气后处理系统的上游的方法和设备。背景技术内燃机的制造厂商开发发动机控制策略以满足消费者需求并且满 足对于排放和燃料经济性的不同的规定。 一 个这样的发动机控制策略包括以稀化学当量（stoichiometry )的空气/燃料比率操作发动机以 改进燃料经济性和减少温室气体排放。使用压缩点火（柴油机）和稀 燃的火花点火发动机，这样的操作是可能的。当发动机以稀（过量氧 量）空气/燃料比率操作时，结果的燃烧温度更低，导致降低的发动 机排出的N0x排放；然而，由于缺乏在稀排气条件下移除N0x的有效 的方法，稀操作的发动机的商业应用受限制。从而，从柴油机和稀燃 的汽油排气有效地减少氮氧化物（N0x = N0 + N02)对于满足未来的排 放标准并且改进车辆燃料经济性是重要的。从包含过量氧量的排气馈送流减少N0x排放是对于车辆制造厂商 的挑战。作为示例，估计服从美国的Bin5规定可能需要基于当前预 期的发动机排出的N0x水平在FTP (联邦测试程序）周期上能够达到 70%~90%的N0x转化效率的后处理系统。对于实际应用，必须在前 面提到的FTP周期期间发生的低温度操作范围（例如，200 ~ 350摄氏 度）和在高速测试周期（例如，US06联邦测试程序）期间发生的更高 的温度操作范围（例如，450 ~ 550摄氏度）获得转化效率。已经为车辆应用提出了数种可能的后处理系统。 一种方法包括使 用包括在尿素SCR催化剂的上游注入例如尿素的N0x还原剂以将N0x 还原为^的后处理系统。使用尿素作为还原剂需要尿素分配基础设施 和用于此次级流体的车辆上的监测系统，并且由于尿素溶液的相对高 的凝固点（-12摄氏度），可能在冷的天气气候中具有潜在的问题。N0x 存储催化剂通常需要大的催化剂体积、大量的铂系金属和低硫燃料用 于有效的存储操作。这样的系统需要定期的催化剂再生，包括燃料注

入以产生高废气温度和还原剂注入以再生催化剂的存储材料。需要在宽范围的操作条件将碳氢化合物还原剂引入废气馈送流的 用于车辆和其它内燃^/L应用的有效的"i殳备和方法。发明内容根据本发明的实施例，提供了控制在催化反应器装置的上游将还 原剂注入适合在稀空气/燃料比率区操作的内燃机的废气馈送流的方 法和设备。控制模块操作地连接到还原剂计量装置，并且适合实现进 入废气馈送流的还原剂的流量。方法包括基于废气馈送流和催化反应 器装置的参数确定优选的定量给料比率，并且调节优选的定量给料比 率。确定优选的还原剂馈送速率，并且选择地以优选的还原剂馈送速 率分配还原剂。本领域中的普通技术人员将通过阅读和理解接下来对实施例的详 细描述明白本发明的这些和其它方面。附图说明本发明可以采取某些零件和零件的设置的物理形式，详细描述并 且在形成本发明的部分的附图中示出这些零件和零件的设置的实施例，并且其中：图1为根据本发明的动力系统的示意图；并且 图2和3为根据本发明的逻辑流程图。具体实施方式现在参考附图，其中，绘图仅是为了说明本发明的目的而不是限 制本发明的目的，图1示出了内燃机、排气后处理系统、和根据本发 明的实施例构造的控制系统的示意图。示例性的发动机和控制系统包括传统的四沖程内燃机10和电子 发动机控制模块（'ECM， ） 5。示例性的发动机包括具有主要稀化学当 量的操作方式的已知的压缩点火发动机。替代地，发动机10可以包 括使用稀化学当量操作的许多发动机控制策略中的任何 一 个的发动 机，例如，均质加载的压缩点火发动机，和稀燃的火花点火发动机。 发动机10包括接附到曲轴的多个往复的活塞，曲轴可操作地接附到 车辆传动系统以将牵引扭距输送到车辆传动系统。发动机产生包括规定的组成元素的废气馈送流，通常包括碳氢化合物（'HC，）、 一氧化 碳（'C0，）、氮氧化物（'N0x，）、和微粒物质（'PM，）和其它物质。在 排气后处理系统中通过诸如氧化和还原的过程将规定的组成元素部分 地或完全地转化为无害的气体。排气后处理系统包括作用为将废气馈送流的组成元素转化为无害 的气体的集成的系统。排气集合管将发动机废气携带并且引导到排气 后处理系统。示例性的后处理系统包括包含氧化催化剂（'D0C， ） 14、 碳氢化合物选择性的催化剂还原（'SCR')催化剂20、和包含与催化 的柴油机微粒过滤器（'CDPF，）结合的第二氧化催化剂（'D0C，）的 最终的催化剂24的催化反应器装置。催化反应器装置中的每个包括 利用具有用于处理废气馈送流的组成元素的不同的能力的技术的装 置，包括氧化、还原、还原剂定量给料、和微粒过滤。装置优选地使 用已知的管和连接器串联流体地连接。参考图1描述的特定的催化反局。： 、 ''、 、SCR装置20包括在存在碳氢化合物还原剂的情况下操作以选择地 将排气内的N0x气体的大部分还原为惰性的氮气的催化反应器装置。 为了示例性的目的， 一种SCR装置20使用银氧化铝（"AgAl")作为 催化材料，并且包括支撑在氧化铝修补基面涂层（washcoat)上的预 先选择的重量百分比的Ag20。催化材料的示例性的范围为2到4 wt. %AgAl,支撑在400室每平方英寸堇青石单块底层上的修补基面涂层 负载在2到3克每立方英寸范围内。替代地，SCR装置20可以利用数 种已知的催化材料和具有负载范围并且支撑在底层装置上的修补基面 涂层中的一种。应该理解，催化剂的细节打算仅是示例性的，以论证 这里描述的系统和控制策略。后处理系统包括优选地信号地连接到ECM5的感测装置和系统。 感测装置优选地包括N0x传感器12、温度传感器26、和第二废气感 测装置22。 N0x传感器12操作以监测排出发动机（没有示出）的废 气，或替代地能够放置在DOC装置14的下游。温度传感器26操作以 在SCR装置20的上游监测排出DOC装置14的废气的温度，或者替代 地，传感器能够放置在SCR装置20的底座上，在任一情况中确定SCR

装置20的操作温度（'TEXH，）。废气感测装置22包括示出为操作以监 测SCR催化剂20后面的废气的组成元素的第二传感器，第二传感器 的输出可用于控制和诊断。N0x传感器12优选地包括操作以产生能够 与废气馈送流内的NOx浓度的通常以百万分率（'ppm，）测量的参数 值相关的电信号并且还操作以产生能够与废气馈送流的空气/燃料比 率的参数值相关的第二电信号的传感器，能够通过其确定废气氧含量 ('02，）。替代地，NOx传感器12可以包括虚拟的NOx感测装置，包 括操作以基于发动机操作条件确定NOx和02的参数值的驻留在控制模 块内的算法。废气感测装置22能够包括操作以产生能够与SCR装置20 后面的废气馈送流内的NOx浓度的参数值相关的电信号的NOx传感 器。替代地，废气感测装置22能够包括操作以产生能够与催化装置20 后面的废气馈送流内的HC浓度的参数值相关的电信号的碳氢化合物 传感器，用于这里描述的反馈控制方案。替代地，废气感测装置22 能够包括操作以产生能够与催化反应器装置20后面的废气馈送流内 的02浓度的参数值相关的电信号的氧传感器（02)，用于这里描述的 反馈控制方案。根据需要可以在SCR装置20上游的后处理系统内使 用其它传感器18。在本发明的一个实施例中，传感器18能够包括能 够用于与传感器22结合诊断和反馈控制的氧传感器。控制系统优选地包括包含ECM5的分布式控制模块体系结构。控 制系统优选地包括适合提供对包括这里描述的动力系统的不同的车辆 系统的协同控制的多个控制模块。控制系统可操作以监测来自感测装 置（例如，传感器12、 18、 22、 26)的输入、综合有关的信息、并且 执行算法以控制不同的执行器（例如，16、 32)以实现控制目标，包 括诸如燃料经济性、排放、性能、驱动性能、和对硬件的保护的参数。 分布式控制模块体系结构包括ECM5，和使用者接口 （ 'UI， ） 13,其可 操作地连接到多个其它装置，车辆操作者通常通过其控制或指导车辆 和动力系的操作。车辆操作者通过其将输入提供到UI13的示例性的 装置包括加速器踏板、刹车踏板、传动齿轮选择器、和车辆速度巡航 控制。前面提到的控制器和装置中的每个经由通常示出为项目6的高 速局域网（'LAN')总线与其它控制器、装置、传感器、和执行器通 信。LAN总线6允许在不同的处理器、控制模块、和装置之间结构化 地通信控制参数和命令。利用的特定的通信协议是专用的。LAN总线

和适合的协议提供前面提到的控制器和提供诸如防锁刹车、牵引控 制、和车辆稳定性的功能性的其它控制器之间的稳健的信息传递和多控制器接口。 ECM5包括经由数据总线信号地电连接到易失和非易失存 储器装置的中央处理器。如图所示，ECM5可操作地接附到感测装置和 其它输出装置以正在进行地监测和控制发动机10和排气系统的操作。 输出装置优选地包括适当地控制和操作发动机必需的子系统，包括例 如，进气系统、燃料注入系统、废气再循环系统、和蒸发控制系统。 发动机感测装置包括可操作以监测发动机操作和外部条件并且通常经 由配线信号地接附到ECM5的装置。存储在非易失存储器装置内的算 法通过中央处理器执行并且可操作以监测来自感测装置的输入并且执 行发动机控制和诊断程序以使用预置校准信息控制发动机和排气后处 理装置的操作。算法通常在预置周期期间执行，每个周期每个控制算 法执行至少一次。在发动机操作期间，周期通常每个3.125、 6.25、 12.5、 25和100毫秒执行。替代地，控制算法可以响应事件的发生执 行。周期性的事件，例如，发动机加燃料的计算，可以每个发动机周 期执行。诊断算法可以每个发动机接通周期执行一次。诊断算法可以 具有更进一步的限制，包括在执行之前需要实现特定的使能标准。本 领域中的普通技术人员能够通常地理解使用ECM5控制和诊断内燃机10 的不同的方面的操作。再次参考图1，示出了在催化装置中的一个的上游将碳氢化合物 还原剂注入示例性的内燃机的废气馈送流的i殳备。这样的注入优选地 在内燃机5的稀操作期间或者在其它适当的操作条件下发生。分配碳 氬化合物还原剂的示例性的还原剂注入装置16包括适合将还原剂注 入废气馈送流并且流体地连接到接收来自发动机的燃料线路的加压的 燃料的可控制的压力调节装置32的燃料注入器。ECM5操作地连接到 还原剂注入装置16和可控制的压力调节装置32，并且在可控制的流 量范围控制进入废气馈送流的还原剂的流量。碳氢化合物还原剂优选 地包括碳氩化合物燃料。排气系统包括感测装置，例如，传感器12、 18、 22、和26，操作以监测废气馈送流的参数，ECM5能够从这些参 数确定废气温度、流速和排放的参数。如在这里参考图2和3描述的， 还原剂注入装置16和可控制的压力调节器装置32每个操作地连接到 ECM5, ECM5通过控制调节器32以控制燃料压力并且控制注入器打开脉冲宽度和重复速率以控制从还原剂注入装置16流出的燃料的质量 来控制进入废气馈送流的还原剂的质量流量。现在参考图2，详细描述用于控制HC注入上文中描述的排气后处 理系统的前馈控制方案。控制方案优选地作为ECM5内的一个或多个 算法执行。确定使用温度传感器26测量的废气温度T，和空间速度('SV')。基于催化剂反应器的底层的移位的体积和废气馈送流的流 速确定催化剂空间速度。空间速度表示以体积的形式的催化剂的每单 位体积的废气的馈送速率，并且单位为小时倒数（1/h)。这些值包括 到定量给料表格40的输入，能够从定量给料表格40检索优选的CVNOx 比率（'未加工的C"NOx比率，）。定量给料表格包括以表格形式存储 在ECM5的非易失存储器装置中的一个内的校准信息表格，包括用于 在对于特定应用的废气温度TMH的范围和催化剂空间速度参数SV的范 围确定的优化的C"NOx比率的多个参数值。在本发明的更进一步的改 进中，定量给料表格的用于优化的C"NOx比率的参数值能够在发动机 的正常操作期间基于发动机操作条件和来自一个或多个废气传感器的 反馈更新。用于优化的q/NOx比率的更新的参数值能够采取与定量给 料表格相同尺寸的第二校准信息表格的形式，其中，第二校准信息表 格内的特定的值与定量给料表格中的对应的特定的值结合以确定优化 的或未加工的C!/NOx比率。优化的未加工的C"N0x比率为添加到废气馈送流以实现峰值N0x 还原和通过HC-SCR催化剂20的最小HC滑动的燃料碳对氧的氮化物 的比率。废气馈送流内的氧浓度（'02，）的测量结果优选地使用来自 传感器12的信号输出确定并且输入到02补偿表格42。氧浓度的测量 结果优选地包括范围从大约21%到小于2%的02的参数测量结果。02 补偿表格42包括在02浓度范围相关的范围从1. 0到小于0. 5的多个 预先确定的02乘数（'02 MULT， ）。 02乘数对于测量到的02浓度确定， 并且被未加工的C/N0x比率乘（在44)以获得最终的C乂N0x比率。 废气馈送流内的N0x的测量结果使用传感器12确定，转化到摩尔每 秒的单位，并且被最终的CVN0x比率乘（在46)以确定CJ然料速率(摩尔每秒）。q燃料速率被HC/燃料比率除（在48),以获得（:14燃 料速率（摩尔每秒）。在此实施例中，HC/燃料比率包括（VCh燃料比 率，对于柴油机燃料指示碳氢化合物比率。以摩尔每秒的单位的C14 燃料速率被克每摩尔（'gm/more，）转化因子乘（在50)以确定以克 每秒的单位的Cw燃料速率。作为示例，lppm蒸发的柴油机燃料具有 大约14个碳原子；因此，C"N0x比率为10并且排气馈送流内具有 100ppm输入N0x需要注入10 x 100/14 = 71ppm柴油才几燃料。C14燃泮牛 速率输入注入器控制模块52，以确定用于操作还原剂注入装置16的 优选的脉冲宽度（'INJ-Pw，）和优选的压力（'INJ—Pr， ）。 ECM5控制 还原剂注入装置16将碳氢化合物燃料注入废气馈送流以和优选的脉 冲宽度（'INJ-Pw，）和优选的压力（'INJ—Pr，） 一致地还原N0x和最 小化HC滑动。现在参考图3，描述包括前馈控制和反馈控制以基于（VN0x的优 选的比率和废气馈送流参数操作发动机和包括还原剂注入装置16和 压力调节装置32的还原剂注入系统的控制方案。参考图2描述的控 制方案的全部方面形成本实施例的一部分，并且不再详细描述。在此 实施例中，从SCR催化剂20后面的排气馈送流内或替代地放置在SCR20 内以监控SCR20的一部分的废气传感器22获得反馈。使用传感器反 馈调节HC定量给料的幅度。例如，当传感器22包括前面提到的氧传 感器时，在废气馈送流内检测到低氧水平趋于导致改进的NOx效率。 因此，当废气馈送流内的氧水平下降时，能够减小HC注入的幅度。 基于氧水平确定反馈因子，优选地范围从在低02水平的O.G到在高02 水平的1.0。控制方案通过确定反馈乘数（'FDBK，）并且由此乘未加 工的CVNOx比率（在45)作为确定最终的C"NOx比率的一部分结合 来自传感器22的信息。当传感器22包括NOx传感器或碳氬化合物传 感器时，能够对于来自传感器22的反馈开发相似的策略。其后，控 制方案如参考图2描述的执行以控制HC注入废气馈送流。参考图2和3描述的实施例描述了用于优化通过HC-SCR催化剂 装置的NOx还原的系统。应该理解，控制策略能够适合将受控的量的 碳氢化合物注入催化装置的上游，例如这里示出的氧化催化剂14，以 实现其脱硫。替代地，控制策略能够适合将受控的量的碳氢化合物注 入包括柴油机微粒过滤器（'CDPF， ） 24的第二氧化催化剂24的上游， 以实现其再生。上文中参考实施例描述的控制策略适用于控制用于不同的压缩点 火发动机和用于火花点火发动机的后燃注入装置。如上文中所述，这 样的系统包括用于再生柴油机微粒过滤器的后燃HC注入，用于脱硫 柴油机氧化催化剂的后燃HC注入，和用于再生和脱硫稀N0x催化剂 的后燃HC注入。用于适合在稀空气/燃料比率区操作的内燃机的排气后处理系统 包括催化反应器装置，多个废气感测装置，和还原剂注入系统。还原 剂注入系统将还原剂分配到催化反应器装置的上游的废气馈送流内， 并且包括适合将还原剂注入废气馈送流的流体计量装置和可控制的压 力调节装置。控制系统确定废气馈送流的参数和优选的还原剂馈送速 率。在稀操作期间将还原剂注入系统控制到优选的还原剂馈送速率。 使用这样的控制允许在获得催化剂上的最大的N0x还原的同时优化车 辆燃料经济性。发明。本领域中的普通技术人员通过阅读和理解本说明书可以想到更 进 一 步的修改和改变。本发明打算包括属于本发明的范围的全部这样 的+务改和改变。